特許 6602007 レーザ照射装置及び表面処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6602007

(24)【登録日】2019年10月18日

(45)【発行日】2019年11月6日

(54)【発明の名称】レーザ照射装置及び表面処理方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/142 20140101AFI20191028BHJP

   H01S 3/00 20060101ALI20191028BHJP

   B23K 26/122 20140101ALI20191028BHJP

   B23K 26/146 20140101ALI20191028BHJP

   B23K 26/08 20140101ALI20191028BHJP

   G21F 9/30 20060101ALI20191028BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/142

   H01S3/00 B

   B23K26/122

   B23K26/146

   B23K26/08 Z

   G21F9/30 535F

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-240855(P2014-240855)

(22)【出願日】2014年11月28日

(65)【公開番号】特開2016-101596(P2016-101596A)

(43)【公開日】2016年6月2日

【審査請求日】2017年10月31日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】506430026

【氏名又は名称】株式会社トヨコー

(73)【特許権者】

【識別番号】000213297

【氏名又は名称】中部電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123696

【弁理士】

【氏名又は名称】稲田 弘明

(72)【発明者】

【氏名】豊澤 一晃

(72)【発明者】

【氏名】前橋 伸光

(72)【発明者】

【氏名】藤田 和久

(72)【発明者】

【氏名】沖原 伸一朗

(72)【発明者】

【氏名】稲垣 博光

【審査官】 竹下 和志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２９９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−５１９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２１６９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−１００６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２７２３８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／００ − ２６／７０

Ｇ２１Ｆ ９／３０

Ｈ０１Ｓ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ発振器が発するレーザ光を収束させて液体中に配置された照射対象物に照射する照射用光学系を備えるレーザ照射装置であって、
前記照射用光学系は、前記照射対象物に隣接して配置された最対物側光学素子における前記照射対象物側の面部が前記液体中に配置された状態でレーザ光の照射を行うとともに、前記最対物側光学素子の前記照射対象物側とは反対の面部及び他の光学素子は、前記液体の浸入が実質的に防止されたハウジング内に収容され、
前記最対物側光学素子の外周縁部近傍に設けられ前記照射対象物側の面部にほぼ沿って液体流を吐出する液体吐出手段と、
前記最対物側光学素子の外周縁部近傍において前記液体吐出手段に対して前記最対物側光学素子の中央部を挟んだ反対側に設けられ前記最対物側光学素子の前記照射対象物側の面部にほぼ沿って流れる液体流を吸入する液体吸入手段と
を備え、
前記液体吸入手段の吸入量を、前記液体吐出手段の吐出量より多くしたこと
を特徴とするレーザ照射装置。

【請求項2】

前記照射用光学系は、前記レーザ光の入射側光軸に対して出射側光軸を所定の角度偏向させる偏向光学系と、前記偏向光学系を前記入射側光軸回りに回転駆動する回転駆動手段とを有すること
を特徴とする請求項１に記載のレーザ照射装置。

【請求項3】

前記液体吸入手段は、前記レーザ光を前記照射対象物に照射した際に形成される浮遊物を前記液体流とともに吸入すること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ照射装置。

【請求項4】

前記最対物側光学素子が前記ハウジングの本体部から着脱可能であること
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のレーザ照射装置。

【請求項5】

前記最対物側光学素子は実質的に平板状に形成されること
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザ照射装置。

【請求項6】

前記最対物側光学素子は、レーザ光を所定の焦点に集光させる集光光学系の一部を構成すること
を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のレーザ照射装置。

【請求項7】

レーザ発振器が発するレーザ光を収束させて液体中に配置された照射対象物に照射する表面処理方法であって、
前記レーザ光を前記照射対象物に照射する照射用光学系は、前記照射対象物に隣接して配置された最対物側光学素子における前記照射対象物側の面部が前記液体中に配置された状態でレーザ光の照射を行うとともに、前記最対物側光学素子の前記照射対象物側とは反対の面部及び他の光学素子は、前記液体の浸入が実質的に防止されたハウジング内に収容され、
前記最対物側光学素子の外周縁部近傍に設けられた液体吐出手段から前記照射対象物側の面部にほぼ沿って液体流を吐出するとともに、前記最対物側光学素子の外周縁部近傍において前記液体吐出手段に対して前記最対物側光学素子の中央部を挟んだ反対側に設けられた液体吸入手段から前記最対物側光学素子の前記照射対象物側の面部にほぼ沿って流れる液体流を吸入している状態で前記照射対象物への前記レーザ光への照射を行ない、
前記液体吸入手段の吸入量を、前記液体吐出手段の吐出量より多くしたこと
を特徴とする表面処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はレーザ照射装置及び表面処理方法に関し、特に液体中の照射対象物に対してレーザを照射して表面処理を行う際の処理能力を向上したものに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば原子力プラントの内部においては、冷却水中に溶融した原子炉燃料が冷却されて固まった燃料デブリ等の異物が、圧力容器の壁面等に付着することが知られている。
このように水中で物体の表面に付着した燃料デブリに対して、高出力レーザの集光照射を行うことによって破砕し、回収することにより、プラント内の除染を行うことが提案されている。

【0003】

また、レーザを水中の照射対象物に照射することに関する従来技術として、例えば特許文献１には、水中で直接被加工物を加工し、金属ヒューム、加工屑等の異物を除去、回収する水中レーザ加工装置が記載されている。
引用文献１に記載された技術は、レーザビームが通過する筒状のノズル内に周囲から水を導入するとともに、加工箇所の周囲を覆った吸引カバー内の水を吸引することによって、異物の回収を行うものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平６−２６９９７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１に記載された技術においては、レーザビームが通過する筒状の部材内が水で満たされており、レーザビームが比較的長距離にわたって水中を伝搬することとなり、エネルギの損失が大きくなってしまう。
また、異物が水中に流出して、集光レンズと照射対象物との間の水中に漂った場合、水中を浮遊する異物によってもレーザビームの照射対象物への到達が妨げられ、エネルギ到達率（出射したエネルギのうち照射対象物に到達する割合）が低下してしまう。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、液体中の照射対象物に対してレーザを照射して表面処理を行う際の処理能力を向上したレーザ照射装置及び表面処理方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、レーザ発振器が発するレーザ光を収束させて液体中に配置された照射対象物に照射する照射用光学系を備えるレーザ照射装置であって、前記照射用光学系は、前記照射対象物に隣接して配置された最対物側光学素子における前記照射対象物側の面部が前記液体中に配置された状態でレーザ光の照射を行うとともに、前記最対物側光学素子の前記照射対象物側とは反対の面部及び他の光学素子は、前記液体の浸入が実質的に防止されたハウジング内に収容され、前記最対物側光学素子の外周縁部近傍に設けられ前記照射対象物側の面部にほぼ沿って液体流を吐出する液体吐出手段と、前記最対物側光学素子の外周縁部近傍において前記液体吐出手段に対して前記最対物側光学素子の中央部を挟んだ反対側に設けられ前記最対物側光学素子の前記照射対象物側の面部にほぼ沿って流れる液体流を吸入する液体吸入手段とを備え、前記液体吸入手段の吸入量を、前記液体吐出手段の吐出量より多くしたことを特徴とするレーザ照射装置である。
これによれば、ハウジング内への液体の侵入を防止することによって、レーザ光は最対物側光学素子を通過するまでは液体中を通ることがないため、液体中のレーザ光の伝搬距離を最低限としてエネルギの損失を抑制し、エネルギ到達率を高めて照射対象物に高いエネルギを与えることが可能となり、処理能力を向上することができる。
また、最対物側光学素子の照射対象物側（液体と接する側）の面部に液体流を形成することによって、照射対象物から剥離して液体中に浮遊する異物等が最対物側光学素子の表面に付着することを防止して光学的性能の低下を抑制するとともに、最対物側光学素子と照射対象物間の異物を除去してエネルギ到達率を改善することによって、処理能力をさらに向上することができる。
さらに、この液体流を吸入し回収することによって、異物が液体中に拡散することを防止し、異物を適切に回収処理することができる。

【0007】

請求項２に係る発明は、前記照射用光学系は、前記レーザ光の入射側光軸に対して出射側光軸を所定の角度偏向させる偏向光学系と、前記偏向光学系を前記入射側光軸回りに回転駆動する回転駆動手段とを有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、連続発振（ＣＷ）型のレーザ発振器を用いた場合であっても、照射対象物の一点に高いエネルギが連続して照射されることを防止し、適切に照射対象物を走査することができる。

【0008】

請求項３に係る発明は、前記液体吸入手段は、前記レーザ光を前記照射対象物に照射した際に形成される浮遊物を前記液体流とともに吸入することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、浮遊物を確実に回収し、有害物質等が液体中に拡散することを防止できる。

【0010】

請求項４に係る発明は、前記最対物側光学素子が前記ハウジングの本体部から着脱可能であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、最対物側光学素子に異物の付着や焼損等の劣化が生じた場合に、最対物側光学素子のみを交換することによって、安価に性能を回復することができる。

【0011】

請求項５に係る発明は、前記最対物側光学素子は実質的に平板状に形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、他の光学素子に対して交換頻度が高い最対物側光学素子を安価に構成することによって、ランニングコストを低下させることができる。

【0012】

請求項６に係る発明は、前記最対物側光学素子は、レーザ光を所定の焦点に集光させる集光光学系の一部を構成することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、最対物側光学素子を通過する時点では未だ光線が収束していないため、最対物側光学素子の一部にレーザ光線のエネルギが集中して最対物側光学素子が焼損することを防止できる。

【0015】

請求項７に係る発明は、レーザ発振器が発するレーザ光を収束させて液体中に配置された照射対象物に照射する表面処理方法であって、前記レーザ光を前記照射対象物に照射する照射用光学系は、前記照射対象物に隣接して配置された最対物側光学素子における前記照射対象物側の面部が前記液体中に配置された状態でレーザ光の照射を行うとともに、前記最対物側光学素子の前記照射対象物側とは反対の面部及び他の光学素子は、前記液体の浸入が実質的に防止されたハウジング内に収容され、前記最対物側光学素子の外周縁部近傍に設けられた液体吐出手段から前記照射対象物側の面部にほぼ沿って液体流を吐出するとともに、前記最対物側光学素子の外周縁部近傍において前記液体吐出手段に対して前記最対物側光学素子の中央部を挟んだ反対側に設けられた液体吸入手段から前記最対物側光学素子の前記照射対象物側の面部にほぼ沿って流れる液体流を吸入している状態で前記照射対象物への前記レーザ光への照射を行ない、前記液体吸入手段の吸入量を、前記液体吐出手段の吐出量より多くしたことを特徴とする表面処理方法である。
この発明によれば、上述したレーザ照射装置の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。

【発明の効果】

【0016】

以上説明したように、本発明によれば、液体中の照射対象物に対してレーザを照射して表面処理を行う際の処理能力を向上したレーザ照射装置及び表面処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明を適用したレーザ照射装置の実施例におけるヘッドの外観図である。

【図2】実施例のレーザ照射装置におけるヘッドの断面図である。

【図3】実施例のレーザ照射装置におけるレーザ照射ユニットの構成を模式的に示す図である。

【図4】実施例のレーザ照射装置におけるビームの挙動を示す模式図である。

【図5】実施例のレーザ照射装置のヘッドの部分断面斜視図である。

【図6】実施例のレーザ照射装置のヘッドの照射対象物側の端部近傍における部分断面斜視図である。

【図7】実施例のレーザ照射装置のヘッドにおける筒状ハウジングの四面図である。

【図8】実施例のレーザ照射装置のヘッドにおけるキャップの四面図である。

【図9】実施例のレーザ照射装置のヘッドにおけるキャップの透視斜視図である。

【図10】実施例のレーザ照射装置における使用時の液体流の挙動を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明は、液体中の照射対象物に対してレーザを照射して表面処理を行う際の処理能力を向上したレーザ照射装置及び表面処理方法を提供する課題を、最も照射対象物側に配置される最対物側光学素子以外の光学素子を気密構造のハウジング内に収容するとともに、最対物側光学素子の照射対象物側の面部に沿って液体流を発生させ、デブリ等の付着を防止しつつ回収することによって解決した。

【実施例】

【0019】

以下、本発明を適用したレーザ照射装置及び表面処理方法の実施例について説明する。
本実施例のレーザ照射装置及び表面処理方法は、例えば、原子力プラント内部の壁面等に付着した燃料デブリ等を破砕して回収する除染処理に好適なものであるが、用途はこれに限定されない。

【0020】

図１は、実施例のレーザ照射装置におけるヘッドの外観図である。
レーザ照射装置は、図示しないレーザ発振器、ファイバＦ、及び、ヘッド１０を有して構成されている。
レーザ発振器は、励起源、レーザ媒質、光共振器等を有して構成された光源である。
レーザ発振器は、連続発振（ＣＷ）型及びパルス発振型の何れでもよく、例えばアークランプ、フラッシュランプなどを使用することができる。
また、使用する光源に応じて励起電流などを加えて駆動するための駆動手段を備えてもよい。
レーザ媒質は、固体レーザ（ルビーレーザ、ＹＡＧレーザ等）や半導体レーザ（レーザダイオード）を採用することが好ましい。
特に固体レーザとして、ファイバーレーザを使用することが好ましい。
なお、レーザ媒質は特に限定されるものではなく、そのほか、気体レーザ（ＣＯ２レーザ、エキシマレーザ等）、液体レーザ（色素レーザ）などを利用してもよい。

【0021】

ファイバＦは、レーザ発振器が発生したレーザ光を、ヘッド１０のレーザ照射ユニット１００に伝送するものである。
ファイバＦは、コアの周囲をクラッドで被覆した光ファイバの周囲に、補強用、保護用の被覆を形成して構成されている。
ファイバＦは、ヘッド１０による照射対象物の走査を妨げないよう可撓性を有している。

【0022】

ヘッド１０は、照射対象物と隣接して配置され、レーザ発振器が発生しファイバＦによって伝達されたレーザ光を照射対象物に対して照射するものである。
ヘッド１０は、レーザ照射ユニット１００（図２参照）、照射ユニットハウジング２００、筒状ハウジング３００、キャップ４００等を有して構成されている。

【0023】

図３は、レーザ照射ユニット１００の構成を模式的に示す図である。
図３に示すように、レーザ照射ユニット１００は、ファイバ接続部１１０、集光光学系１２０、偏向光学系１３０等を有して構成されている。
ファイバ接続部１１０は、ファイバＦのヘッド１０側の端部が接続され、伝達されてきたレーザ光を集光光学系１２０に案内するものである。

【0024】

集光光学系１２０は、ファイバＦから入射されたレーザ光を、所定の焦点ＦＰにおいて収束させるよう集光するものである。

【0025】

偏向光学系１３０は、集光光学系１２０から出たレーザ光を、所定の偏角だけ屈曲させるものである。
偏向光学系１３０は、例えば、ウェッジプリズムを有して構成されている。
偏向光学系１３０は、例えば電動モータやエアモータ等の駆動用動力源１３１によって、集光光学系１２０の光軸と実質的に平行に配置された回転軸回りに、所定の回転速度で回転駆動される。

【0026】

図４は、実施例のレーザ照射装置におけるビームの挙動を示す模式図である。
上述した構成によって、レーザ照射ユニット１００から射出されるビームＢは、集光光学系１２０の光軸が通過する偏向光学系１３０の中央部を頂点とし、偏向光学系１３０の偏角を半頂角とする円錐の側面に沿って、周方向に旋回する挙動を示す。
このとき、ビームＢの焦点ＦＰは、集光光学系１２０の光軸を中心とし、この光軸と直交する平面に沿った円周上を旋回することになる。
ヘッド１０を処理対象面に対して、集光光学系１２０の光軸が処理対称面と直交しかつ焦点ＦＰが処理対象面上となるように保持すると、ビームＢの焦点ＦＰは、円周上を旋回しながら処理対象面を走査する。
このような構成とすることによって、ＣＷレーザを用いた場合であっても、同一箇所に連続的にレーザ光が照射されることを防止できる。

【0027】

照射ユニットハウジング２００は、レーザ照射ユニット１００を収容する筐体である。
照射ユニットハウジング２００は、実質的に円筒状に形成され、レーザ照射ユニット１００はその内径側に収容されている。
照射ユニットハウジング２００は、例えば、樹脂系材料をインジェクション成型することによって形成され、一例として中心軸を含む平面を境に二分割構成となっている。
照射ユニットハウジング２００の外径側には、照射ユニットハウジング２００の固定、支持に用いられるブラケット２１０が形成されている。

【0028】

筒状ハウジング３００は、照射ユニットハウジング２００におけるレーザ照射ユニット１００の出射側の端部から照射対象物側へ突出して形成され、ビームＢが内部を通過する部材である。
筒状ハウジング３００は、例えば樹脂系材料をインジェクション成型することによって、照射ユニットハウジング２００と実質的に同心となる円筒状に形成されている。
キャップ４００は、筒状ハウジング３００の照射対象物側の端部に設けられ、保護ガラス３２３等を保持する部材である。
照射ユニットハウジング２００及び筒状ハウジング３００は、実質的に水密に形成され、液体中で処理を行う際にも液体が内部に侵入しないようシールされている。

【0029】

以下、筒状ハウジング３００、キャップ４００等の構成についてより詳細に説明する。
図５は、ヘッド１０の部分断面斜視図である。
図６は、ヘッド１０の照射対象物側の端部近傍における部分断面斜視図である。
図７は、筒状ハウジングの四面図である。
図７（ａ）は、筒状ハウジング３００を照射対象物側から中心軸に沿って見た外観図である。
図７（ｂ）は、図７（ａ）のｂ−ｂ部矢視図である。
図７（ｃ）は、図７（ｄ）のｃ−ｃ部矢視図である。
図７（ｄ）は、図７（ｃ）のｄ−ｄ部矢視断面図である。

【0030】

筒状ハウジング３００は、本体部３１０及び先端部３２０を有する。
先端部３２０は、照射対象物側の端部近傍の一部に形成され、本体部３１０は先端部３２０よりも照射ユニットハウジング２００側（先端部３２０以外の実質全部）に形成されている。

【0031】

本体部３１０には、吐出流路３１１、吸入流路３１２、吐出側ポンプ接続部３１３、吸入側ポンプ接続部３１４、ハウジング接続部３１５、ブラケット３１６等を有して構成されている。

【0032】

吐出流路３１１は、図示しないポンプの吐出口から供給される液体を、後述するキャップ４００の吐出流路４４０に導入するものである。
吸入流路３１２は、後述するキャップ４００の吸入流路４５０から導入される液体を、図示しないポンプの吸入口へ導入するものである。
吐出流路３１１、吸入流路３１２は、筒状ハウジング３００の中心軸を挟んで対向して配置されている。

【0033】

図７（ａ）に示すように、吐出流路３１１、吸入流路３１２は、本体部３１０における外周面と内周面との間の領域を、本体部３１０の周方向に所定の幅にわたって形成された空洞部とすることによって、本体部３１０と一体的に形成されている。
吐出流路３１１、吸入流路３１２は、筒状ハウジング３００の中心軸方向から見たときに、実質的に円弧状に延在する断面形状を有する。
吸入流路３１２の流路断面積は、吐出流路３１１に対して大きく設定されている。
具体的には、吸入流路３１２は、筒状ハウジング３００の中心軸回りにおける範囲（中心角）が、吐出流路３１１に対して広く（大きく）設定されている。

【0034】

吐出側ポンプ接続部３１３は、可撓性を有するホース等を介して図示しないポンプの吐出口と接続され、ポンプが吐出する液体を吐出流路３１１に供給する管路である。
吐出側ポンプ接続部３１３は、本体部３１０の照射ユニットハウジング２００側の端部近傍における外周面から突出して形成されている。

【0035】

吸入側ポンプ接続部３１４は、可撓性を有するホース等を介して図示しないポンプの吸入口と接続され、吸入流路３１２から導入される液体をポンプへ供給する管路である。
吸入側ポンプ接続部３１４は、本体部３１０の照射ユニットハウジング２００側の端部近傍における外周面から突出して形成されている。
吸入側ポンプ接続部３１４は、筒状ハウジング３００の中心軸に対して吐出側ポンプ接続部３１３と実質的に軸対象となるように配置、形成されている。

【0036】

ハウジング接続部３１５は、本体部３１０の照射ユニットハウジング２００側の端部に形成され、本体部３１０に対して外径が段状に縮小して形成されている。
ハウジング接続部３１５は、照射ユニットハウジング２００の照射対象物Ｏ側の端部開口に嵌合する。
ブラケット３１６は、筒状ハウジング３００の支持、固定等に用いられる部分であって、本体部３１０の外周面から突き出して形成されている。

【0037】

先端部３２０は、キャップ４００が被せられる部分であって、本体部３１０に対して外径が段状に小さく形成されている。
先端部３２０の突端部には、筒状ハウジング３００の中心軸と同心の円形の開口３２１が形成されている。
開口３２１の周囲には、先端部３２０の端面を段状に凹ませて形成された凹部３２２が形成されている。
凹部３２２には、保護ガラス３２３が着脱可能に挿入される。

【0038】

保護ガラス３２３は、透明の平板ガラスによって形成された円盤状の部材であって、入射されるビームＢを実質的に偏向させることなく透過させるものである。
保護ガラス３２３は、筒状ハウジング３００からキャップ４００を取り外すことによって、筒状ハウジング３００から着脱可能となっている。
保護ガラス３２３は、装置の使用によって、異物の付着や焼損等の劣化が生じた場合に交換される。

【0039】

凹部３２２の外周縁部には、照射対象物と対向する面部を凹ませて形成され、円周状に延在する溝部３２４が形成されている。
溝部３２４には、ゴム系の弾性材料によって形成されたＯリング３２５が嵌め込まれている。
Ｏリング３２５は、保護ガラス３２３の外周縁部をシールし、筒状ハウジング３００の内部へ液体等が浸入することを防止するものである。

【0040】

キャップ４００は、筒状ハウジング３００の先端部３２０に被せられる部材である。
図８は、キャップの四面図である。
図８（ａ）は、キャップ４００を径方向から見た透視図である。
図８（ｂ）は、図８（ａ）のｂ−ｂ部矢視図である。
図８（ｃ）は、図８（ｂ）のｃ−ｃ部矢視図（照射対象物側から見た図）である。
図８（ｄ）は、図８（ｂ）のｄ−ｄ部矢視図（照射ユニット側から見た図）である。
図９は、キャップの透視斜視図である。
キャップ４００は、保護ガラス３２３の照射対象物側の面部を押圧し、保護ガラス３２３を保持するとともに、保護ガラス３２３を介してＯリング３２５に与圧を与えるものである。

【0041】

キャップ４００は、外周面部４１０、端面部４２０、曲面部４３０等を有して構成されている。
外周面部４１０は、筒状ハウジング３００の先端部３２０の外径側に嵌め込まれる実質的に円筒状の部分である。
外周面部４１０の外径は、筒状ハウジング３００の本体部３１０の外径と実質的に同径とされている。
外周面部４１０の内径は、筒状ハウジング３００の先端部３２０の外径と実質的に同径とされている。
外周面部４１０は、例えばビス等の締結手段によって、筒状ハウジング３００の先端部３２０に固定される。

【0042】

端面部４２０は、キャップ４００における照射対象物側の端部に設けられた平板状の部分である。
端面部４２０は、円盤状に形成され、筒状ハウジング３００の中心軸と実質的に直交する平面に沿って形成されている。
端面部４２０の中央部には、開口４２１が形成されている。
開口４２１は、筒状ハウジング３００の中心軸と実質的に同心の円形に形成されている。
開口４２１は、照射対象物へのビーム照射時に、保護ガラス３２３から出射されたビームＢが通過するとともに、照射によって照射対象物から分離し、液体中を浮遊する異物を吸引する機能を有する。

【0043】

曲面部４３０は、外周面部４１０の端面部４２０側の端部と、単面部４２０の外周縁部との間を接続する部分である。
曲面部４３０は、キャップ４００を径方向に切って見た場合の断面形状が、キャップ４００の外側が凸となる円弧状となるように形成されている。

【0044】

キャップ４００には、さらに、吐出流路４４０、吸入流路４５０が形成されている。
吐出流路４４０は、筒状ハウジング３００の吐出流路３１１から筒状ハウジング３００の長手方向に沿って流れてきた液体流を、曲面部４３０の内面に沿って約９０度偏向させ、保護ガラス３２３の表面に沿った実質的に層流の液体流として吐出するものである。
吐出流路４４０は、外周面部４１０、曲面部４３０、端面部４２０のキャップ４００内側の面部を溝状に凹ませて形成されている。

【0045】

吸入流路４５０は、吐出流路４４０から保護ガラス３２３の表面部近傍を保護ガラス３２３の直径方向にほぼ沿って流れた液体流を取り込み、曲面部４３０の内面に沿って約９０度偏向させ、筒状ハウジング３００の長手方向に沿った液体流として、筒状ハウジング３００の吸入流路３１２に導入するものである。
吸入流路４５０は、外周面部４１０、曲面部４３０、端面部４２０のキャップ４００内側の面部を溝状に凹ませて形成されている。
吸入流路４５０は、溝状部の幅を吐出流路４４０よりも幅広とすることによって、流路断面積を吐出流路４５０よりも大きくしている。

【0046】

以下、上述したレーザ照射装置を用いて、水中などの液体中に配置された照射対象物の表面に付着した異物を除去する表面処理方法について説明する。
本実施例において、照射対象物は例えば冷却水中に配置された原子力プラントの構造部材であって、除去対象となる異物は、溶融燃料が冷やされて凝固し付着したいわゆる燃料デブリであるが、本発明の適用対象はこれに限定されない。

【0047】

レーザ照射装置のヘッド１０は、少なくとも筒状ハウジング３００の先端部及びキャップ４００が水中に配置される。
このとき、筒状ハウジング３００の内部における保護ガラス３２３よりもレーザ照射ユニット１００側の領域は、水の浸入が防止され、空気が充填された状態となっている。
ヘッド１０は、照射時においては、保護ガラス３２３の照射対象物側の面部と、照射対称面との間隔が、例えば１０ｍｍ以下となるように保持される。
このようなヘッド１０の保持は、例えば、予め設定された軌跡に沿ってヘッド１０を移動させ、照射対象物を走査可能なロボットを用いることができる。

【0048】

次に、図示しないポンプを用いて、吐出側ポンプ接続部３１３に水流を供給するとともに、吸入側ポンプ接続部３１４から水流を吸引する。
このとき、吸入側ポンプ接続部３１４から吸引される水流の流量は、吐出側ポンプ接続部３１３に供給される水流の流量と同等か、これよりも多くすることが好ましい。

【0049】

そして、レーザ照射ユニット１００から、レーザ光のビームＢを照射対象物に対して照射する。
ビームＢの焦点ＦＰは、実質的に照射対象物の表面と一致するように調節される。
これによって、照射対象物の表面に付着した燃料デブリは破砕されて照射対象物から剥離し、水中に浮遊する。
水中に浮遊する燃料デブリは、キャップ４００の開口４２１からキャップ４００の内側へ吸い込まれ、さらに、吐出流路４４０から吸入流路４５０へ向けて保護ガラス３２３の表面に沿って流れる水流に同伴し、吸入流路４５０から吸入され、筒状ハウジング３００の吸入流路３１２、吸入側ポンプ接続部３１４等を介して回収される。
この場合、吸入側ポンプ接続部３１４からポンプへ至る流路の一部に、フィルタ等の異物回収手段を設けることが好ましい。

【0050】

以上説明したように、本実施例によれば、液体中の照射対象物に対してレーザを照射して表面処理を行う際の処理能力を向上したレーザ照射装置及び表面処理方法を提供することができる。

【0051】

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
例えば、レーザ照射装置を構成する各部材の構造、材質、形状、数量、配置等は、上述した実施例に限らず、適宜変更することが可能である。
例えば、実施例においては、最対物側光学素子である保護ガラス３２３を平板状に形成したが、最対物側光学素子がレーザ光線を所定の焦点に集光させる集光光学系の一部を構成するレンズを兼ねるようにしてもよい。これによれば、レーザ光線がこのレンズを通過する段階では光線は未だ集光していないため、レンズの一点に高エネルギが集中して焼損が生じることを防止できる。
また、実施例では最対物側光学素子と照射対象物との間隔を例えば１０ｍｍ以下に設定しているが、この間隔も特に限定されない。例えば、液体中でも減衰しにくい波長を有するグリーンレーザを利用する場合には、最対物側光学素子と照射対象物との距離をこれより大きく設定した場合であっても性能の低下を抑制できる。
また、処理対象物は、原子力プラントの燃料デブリに限らず、液体も冷却水に限定されない。
例えば、本発明は、上下水道設備における表面クリーニング（一例として苔落とし等）などに用いることが可能である。

【符号の説明】

【0052】

Ｏ 照射対象物（処理対象物） １０ ヘッド
Ｆ ファイバ
１００ レーザ照射ユニット １１０ ファイバ接続部
１２０ 集光光学系 １３０ 偏向光学系
１３１ 駆動用動力源
Ｂ ビーム ＦＰ 焦点
２００ 照射ユニットハウジング ２１０ ブラケット
３００ 筒状ハウジング ３１０ 本体部
３１１ 吐出流路 ３１２ 吸入流路
３１３ 吐出側ポンプ接続部 ３１４ 吸入側ポンプ接続部
３１５ ハウジング接続部 ３１６ ブラケット
３２０ 先端部 ３２１ 開口
３２２ 凹部 ３２３ 保護ガラス
３２４ 溝部 ３２５ Ｏリング
４００ キャップ ４１０ 外周面部
４２０ 端面部 ４３０ 曲面部
４４０ 吐出流路 ４５０ 吸入流路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】